Статьи

 

Всем известно, что вода представляет собой не сжимаемую жидкость, расширяющуюся при нагревании. Чтобы представить, для чего нужны расширительные баки (экспанзоматы), рассмотрим работу системы отопления.

При нагреве котла температура жидкости-теплоносителя в нем повышается, и жидкость расширяется. Это приводит к увеличению ее объема примерно на 0,3 % на каждые 10°С. Поэтому, при увеличении температуры на 70°С первоначальный объем теплоносителя увеличивается примерно на 3 %. Жидкость практически несжимаема, и если система отопления не будет оснащена дополнительным устройством, позволяющим куда-то деться этому объему, неизбежно произойдет ее разрушение.

Для исключения этого и применяются расширительные (компенсационные) баки - экспансоматы (от английского слова "expansion" – расширение) - устройства, воспринимающие излишек воды при повышении температуры и восполняющие убыль воды при ее понижении.

Расширительные баки бывает открытыми (в системах с естественной циркуляцией) и закрытыми - в системах с принудительной циркуляцией (с использованием циркуляционного насоса). Распространенные в прошлом открытые расширительные баки представляли собой обычную металлическую емкость, устанавливаемую где-то на чердаке дома и пополняемую водой по мере ее испарения, и имели ряд недостатков, поэтому в настоящее время практически не применяются.

наличие открытого бака определяет повышенную испаряемость жидкости и необходимость постоянного ее пополнения;

более дорогая установка открытого бака, т.к. он должен быть установлен в самой верхней части системы отопления. Надо предусмотреть специальное место и обеспечить его утепление и исключение замерзания, в то время как закрытый бак может быть установлен в любом месте;

повышенная коррозия в системе из-за доступа в нее кислорода;

открытая система отопления работает при низком давлении и поэтому трудно управляема.

 

Расширительные баки мембранного типа предназначены для компенсации температурного расширения теплоносителя в закрытых системах отопления.

Конструкция расширительного бака представляет собой стальной резервуар, разделенный внутри резиновой мембраной на две полости: одна из них заполняется теплоносителем, а другая — воздухом (иногда - азотом, для уменьшения коррозии).

В первой полости расширительного бака расположен штуцер для подсоединения к системе отопления, а в другой — ниппель для измерения давления воздуха и для подсоединения насоса при подкачке. В воздушной полости воздух находится под исходным рабочим давлением, поэтому мембрана выгибается в сторону смежной полости. При заполнении системы отопления теплоносителем, в расширительном баке устанавливается динамическое равновесие, при котором, под действием давления теплоносителя, воздух сжимается. При возрастании температуры, объём воздушной полости уменьшается, воспринимая избыточный объём теплоносителя, возникающий за счёт теплового расширения. При понижении температуры, происходит обратный процесс — температура теплоносителя падает, его объём уменьшается, мембрана разгибается.

При использовании в качестве теплоносителя антифризов, которые имеют коэффициент температурного расширения больше, чем вода, необходимо устанавливать в систему расширительный бак большей ёмкости.

уменьшает коррозию в системе отопления;

уменьшает общие теплопотери;

уменьшает завоздушивание системы отопления;

исключает потери теплоносителя на испарение;

удешевляет монтаж и независимость места установки в системе;

упрощает эксплуатацию системы (исключается подпитка системы);

повышает надежность и экономичность системы.

Простейшим приблизительным методом расчета расширительного бака для закрытых систем отопления является

10-15 % от объема системы, если теплоносителем является вода, и

15-20% - если в качестве теплоносителя используется незамерзающая жидкость.

Объем системы отопления можно посчитать, сложив количество воды, содержащееся в котле, радиаторах и трубах. Если таких данных нет, можно примерно определить объем системы, исходя из мощности котла - из расчета 15 л. на 1 кВт котловой мощности.

В отопительных системах большого объема желательно контролировать давление воздуха в расширительном баке с помощью стационарного манометра. Воздух в расширительном баке может сжиматься только до определенного значения, обусловленного безопасностью (прочностью) системы.

В большинстве случаев этот порог достигается установкой предохранительного клапана, отрегулированного на определенное значение давления. В индивидуальных домах эта величина, как правило, составляет не больше 3,5 - 4 бара. Получается, что не весь расширительный бак заполнен теплоносителем.

 

Второй основной тип баков - это баки (гидроаккумуляторы) для холодного водоснабжения (ХВС). Их задача - аккумулировать некоторое количество воды и выдавать это количество под нужным давлением в нужный момент. Подобно отопительным системам, баки для воды могут быть открытые и закрытые. Все недостатки, перечисленные ранее для открытых баков отопительных систем, распространяются и на баки для воды, поэтому в настоящее время они практически не используются.

Кроме этого, необходимо устройство, исключающее переполнение бака.

Гидроаккумулятор работает следующим образом: после монтажа системы и подключения к электросети насос включается и начинает закачивать воду в гидравлическую полость. После того, как давление в гидроаккумуляторе превысит давление отключения (пороги включения-выключения выставляются на реле давления), насос отключается и находится в выключенном состоянии до тех пор, пока давление не упадет из-за разбора воды, после чего процесс повторяется.

Для баков холодного водоснабжения главное – грушевидная мембрана из специального очищенного материала (ЕPDМ), и соответствие технических характеристик по давлению и температуре.

Фланцевые расширительные баки со сменной мембраной бывают горизонтального и вертикального исполнения.

Жидкость в них всегда целиком находится внутри грушевидной мембраны и не контактирует с металлической поверхностью бака, следовательно, внутренняя поверхность бака не требует покрытия, т.к. при соприкосновении со стенками бака это приводит к его коррозии, а вода приобретает металлический привкус.

Преимущество грушевидной мембраны в том, что ее без проблем можно заменить на новую. Замена мембраны производится через фланец, закрепленный с помощью нескольких болтов. При больших объемах расширительного бака мембрана баллонного (грушевидного) типа закрепляется задним концом к ниппелю через резьбовое соединение для стабилизации заполнения.

Внешне гидроаккумуляторы очень похожи на расширительные фланцевые баки систем отопления. Однако, назначение и условия эксплуатации у них другие, следовательно, есть и некоторые конструктивные отличия.

Во-первых, режим работы гидроаккумулятора более нагруженный. При нормальной работе частота срабатывания (частота включения-выключения погружного насоса) составляет от 5 до 15 раз в час при правильно подобранном объеме гидроаккумулятора. Если объем подобран неправильно, то эта величина может увеличиться и до 20-30 раз в час. Конечно, такой режим работы требует надежной, эластичной мембраны, выдерживающей большую нагрузку.

Во-вторых, гидроаккумуляторы используются в бытовых системах водоснабжения, следовательно, материал должен быть разрешенным для использования с чистой питьевой водой.

В-третьих, гидроаккумуляторы, как правило, ставятся на линию холодной воды в системе водоснабжения, поэтому с точки зрения температуры, при которой они эксплуатируются, режим более щадящий.

В-четвертых, вода в систему водоснабжения в большинстве случаев поступает из скважины или колодца. Она насыщена кислородом, который выделяется и скапливается в мембране.

Поэтому у больших гидроаккумуляторов в верхней части диафрагмы находится патрубок и клапан для стравливания воздуха. Как и расширительные баки систем отопления, гидроаккумуляторы заполняются водой не полностью. Причем объем выдаваемой при работе гидроаккумулятора воды меньше, чем полезный объем расширительного бака системы отопления.

Таким образом, гидроаккумуляторы необходимы для:

Поддержания давления в системе ХВС.

Защиты от гидроудара.

Регулировки включения-выключения скважинного насоса.

Используются как  резервные емкости во время отключения электричества.

 

Баки для горячего водоснабжения применяются в системах ГВС для компенсации объема воды в водонагревателях при нагреве и их защите от возможных гидроударов.

По конструкции они практически не отличаются от баков для холодного водоснабжения

Самыми важным критериями при подборе являются – гигиеничная пищевая баллонная (грушевидная) мембрана,

номинальное давление бака 10 бар,

работа при более высокой температуре (от 100…1100С).

Бак для ГВС в быту подбирается из расчета примерно 10 %  от емкости водонагревателя  и устанавливается  на входе в бойлер (водонагреватель).

 

 

Если главным критерием для выбора бака будет цена, то это может привести к серьезным проблемам при работе системы. Дело не в выборе фирмы. Все перечисленные выше производители выпускают качественную продукцию. Одним из основных элементов, влияющих на работоспособность и надежность всех расширительных баков, является мембрана.

Форма мембраны может быть баллонной (грушевидной), диафрагменной и шаровой. В современных расширительных баках, в основном, используется грушевидная мембрана.

Важно то, какая мембрана у бака и из какого материала она сделана. Именно назначение системы определяет выбор мембраны.

В системах отопления расширение жидкости, а, следовательно, и нагрузка на  мембрану происходит медленно, и в течение всего времени работы системы меняется незначительно.

Однако, температура эксплуатации может достигать + 90°С. Поэтому главным критерием для выбора материала мембраны для расширительного бака системы отопления является стойкость к температуре и долговечность.

В системах холодного водоснабжения влияние температуры не так важно. Главным является динамическая эластичность мембраны, т.к. система может включаться несколько раз в час и быстро нагружаться. Если нужен бак для резервирования воды, то необходима мембрана с максимальной эластичностью.

К сожалению, не бывает универсального материала мембран. Если материал эластичен, то он менее долговечен и плохо держит температуру или наоборот.

Именно правильный выбор мембраны на 90 % определяет надежность и долговечность работы всей Вашей системы.

Перечислим основные моменты, на которые следует обратить внимание при выборе материала и типа мембраны:

рабочий диапазон температур;

санитарно-гигиенические требования (контакт воды с металлом при работе системы);

динамичность работы системы;

долговечность;

стойкость к диффузии воды.

29.08.16